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@roohii_3inRICOH THETAプラグイン開発者コミュニティ

THETAプラグインで画像処理【FastCV導入編】

Last updated at Posted at 2018-11-19

こんにちは、リコーの@roohii_3です。
最近は Python+OpenCV で画像処理をしていることが多いです。
昨年までは C++ メインで、とあるシステムの設計・開発をしてました。

※本記事の続編は以下に書きました↓
THETAプラグインで画像処理【FastCV画像処理編】
※[2019/01/08 追記] OpenCV編は以下↓
THETAの中でOpenCVを動かす

はじめに

2018年11月現在のRICOH THETAの最新機種、RICOH THETA Vでは「プラグイン」機能を使ってTHETAをカスタマイズすることができます。
さらに、「RICOH THETAプラグインパートナープログラム」に登録するとプラグインを作ることもできます。
パートナープログラムについては、記事の一番最後をご覧ください。

というわけで、 Android開発は初めて・”NDK”というキーワードも初耳 な私が、プラグイン開発にチャレンジしてみました。
日頃画像処理をすることが多いので、何らかの画像処理をするプラグインを作ってみたいと思います。

タイトルにあるように、画像処理ライブラリには FastCV を使いました。
内容が盛りだくさんなので、今回は 「FastCVの導入～簡単なAPIを使うまで」 を扱います。
実際にFastCVで画像処理する際の手順は、次回記事にまとめたいと思います。

FastCVとは

FastCV は、Qualcomm社 が提供している Computer Visionライブラリ です。
Qualcomm社が独自のライセンスで提供しています1。
画像処理に関わる演算がARMプロセッサ向けに最適化されており、Qualcomm製の Snapdragon プロセッサにおいては特に効果を発揮します。
FastCVを使うには、Android NDK（Native Development Kit）を用いてC/C++でプログラミングする必要があります。

なぜFastCV？

画像処理ライブラリといえば OpenCV を思い浮かべる方が多いかと思います。
"OpenCV for Android SDK"を用いればOpenCVをプラグインで使えないこともないのですが、RICOH THETA Vではメインプロセッサとして Snapdragon を採用しているため、ここでは FastCV を使ってみたいと思います。

※[2019/01/08 追記] OpenCV編を書きました↓
THETAの中でOpenCVを動かす

APIリファレンス

ドキュメントは Qualcomm FastCV Library にあります。
基本的な処理をはじめ、特徴点抽出 や クラスタリング、機械学習 などのモジュールも用意されているようですね。
modules.png

環境

本記事で紹介する手順は、以下の環境で確認しています。

  • RICOH THETA V firmware ver. 2.50.1
  • RICOH THETA Plug-in SDK ver. 1.0.1
  • Windows 7 Professional 64bit
  • AndroidStudio ver. 3.2.1
  • NDK ver. 18.1.5063045
  • FastCV ver. 1.7.1

下準備

NDK開発環境を整え、FastCV SDKをインストールします。

開発環境の構築

下記リンク等を参考に、AndroidStudioの導入とプラグイン開発環境を整えておいてください。

NDKのインストール

  1. AndroidStudioを起動し、メニューから”Tools > SDK Manager”を選択
  2. ”SDK Tools”タブを選択し、”NDK” にチェックを入れて"OK"をクリック
    ndk_install.png
  3. 画面に従って進め、インストールが終わったら"Finish"をクリック

FastCV SDKのインストール

  1. Qualcomm developer networkの”Register”からアカウントを登録
  2. アカウント取得後、FastCV Computer Vision SDKから ”FastCV SDK Installer” をダウンロード
  3. ダウンロードしたInstallerを実行

私の場合、FastCV SDKは以下の場所にインストールされました。

C:/Android/Development/fastcv-android-1-7-1
インストーラ実行時に下記のエラーが出た場合
![fastcv_install_error.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/304709/09129ae0-d8f4-abf4-b6a0-54e929845db1.png)

コマンドラインでJava VMを指定すれば、無事インストールできました2。コマンドラインへは以下のように入力します。

> fastcv-installer-android-1-7-1/fastcv-installer-android-1-7-1.exe LAX_VM "C:/Program Files(x86)/Java/jre1.8.0_171/bin/java.exe"

プロジェクトファイルの準備

RICOH THETA Plug-in SDKをベースにする方法を紹介します。
もちろん、一からプロジェクトファイルを作っても構いません。

なお、2. 名称変更は最悪行わなくても動きます。プラグインストアに出す場合は、必ず行うようにしてください。
※本記事で紹介している実装例では、プロジェクト名は"theta-plugin-fastcv-simple-sample"、パッケージ名は"fastcvsimplesample"にしています。

1. RICOH THETA Plug-in SDKのダウンロード

  1. RICOH THETA Plug-in SDK（AndroidStudioプロジェクト）をダウンロード

2. 名称変更

  1. プロジェクトファイル名の変更

    ダウンロードしたAndroidStudioプロジェクトの名称（ディレクトリ名）を任意のものにリネーム
  2. アプリケーションID・パッケージ名の変更

    アプリケーションIDの設定等を参考に変更する
  3. プラグイン名の変更

    プロジェクトツリーより "app > res > values > strings.xml" を開き、任意の名称に変更する
例）<string name="app_name">FastCV Simple Sample</string>

FastCVのインポートとビルド

作成したプロジェクトファイルにFastCVをインポートし、ビルドファイルを修正した後、プロジェクトをビルドします。

1. ライブラリファイルのコピー

FastCVのライブラリファイルを、今回作ったプロジェクトにコピー＆ペーストする

ファイルのコピー元・先を以下にまとめる
コピー先のディレクトリは適宜作成する

ファイル名 コピー元 コピー先
fastcv.h ~/(FastCV SDK path)/inc/fastcv.h ~/(Project path)/app/src/main/jni/fastcv/fastcv.h
libfastcv.a (32bit) ~/(FastCV SDK path)/lib/Android/lib32/libfastcv.a ~/(Project path)/app/src/main/libs/armeabi-v7a/libfastcv.a
libfastcv.a (64bit) ~/(FastCV SDK path)/lib/Android/lib64/libfastcv.a ~/(Project path)/app/src/main/libs/arm64-v8a/libfastcv.a

2. Android.mkの編集

NDKのビルドファイルを修正する
ここでは、FastCVのサンプルプロジェクトのものを流用し、適宜修正していく

  1. Android.mkのコピー
    下記表を参考に、Android.mkをコピーしてプロジェクトに配置

    ファイル名 コピー元 コピー先
    Android.mk ~/(FastCV SDK path)/samples/fastcorner/jni/Android.mk ~/(Project path)/app/src/main/jni/Android.mk

  2. AndroidStudioのプロジェクトツリーを ”Android” ビューにし、 ”app > cpp > Android.mk” が追加されたことを確認する
    AS_Androidmk.png

  3. AndroidStudioでAndroid.mkを開き、以下の修正を加える3 4

    • include $(CLEAR_VARS) を追加
    • LOCAL_MODULE := libfastcv を追加
    • LOCAL_SRC_FILES := ../libs/$(TARGET_ARCH_ABI)/libfastcv.a を追加
    • include $(PREBUILT_STATIC_LIBRARY) を追加
    • LOCAL_LDLIBSから-lfastcv をコメントアウト
    • LOCAL_LDFLAGS := -Wl, --no-fix,cortex-a8 をコメントアウト
    • LOCAL_MODULE := を任意の名称に変更
    • LOCAL_SRC_FILES := の値を削除
    • LOCAL_SHARED_LIBRARIES := liblog libGLESv2 をコメントアウト
    • LOCAL_MODULE_OWNER := を任意の値に変更
    • LOCAL_JNI_SHARED_LIBRARIES := を任意の値に変更
    • LOCAL_PACKAGE_NAME := を任意の値に変更
    記述例
    Android.mk
    
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := libfastcv
LOCAL_SRC_FILES := ../libs/$(TARGET_ARCH_ABI)/libfastcv.a

include $(PREBUILT_STATIC_LIBRARY)

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_PRELINK_MODULE:= false

# This variable determines the OpenGL ES API version to use:
# If set to true, OpenGL ES 1.1 is used, otherwise OpenGL ES 2.0.

USE_OPENGL_ES_1_1 := false

# Set OpenGL ES version-specific settings.

ifeq ($(USE_OPENGL_ES_1_1), true)
    OPENGLES_LIB  := -lGLESv1_CM
    OPENGLES_DEF  := -DUSE_OPENGL_ES_1_1
else
    OPENGLES_LIB  := -lGLESv2
    OPENGLES_DEF  := -DUSE_OPENGL_ES_2_0
endif

# An optional set of compiler flags that will be passed when building
# C ***AND*** C++ source files.
#
# NOTE: flag "-Wno-write-strings" removes warning about deprecated conversion
#       from string constant to 'char*'

LOCAL_CFLAGS := -Wno-write-strings $(OPENGLES_DEF)

# The list of additional linker flags to be used when building your
# module. This is useful to pass the name of specific system libraries
# with the "-l" prefix.

LOCAL_LDLIBS := \
    -llog $(OPENGLES_LIB)
#      -lfastcv
# LOCAL_LDFLAGS:= -Wl,--no-fix-cortex-a8

LOCAL_MODULE    := fastcvsimplesample
LOCAL_CFLAGS    := -Werror
LOCAL_SRC_FILES := \

LOCAL_STATIC_LIBRARIES := libfastcv
# LOCAL_SHARED_LIBRARIES := liblog libGLESv2
LOCAL_C_INCLUDES += $(TARGET_OUT_HEADERS)/fastcv/inc \
LOCAL_C_INCLUDES += $(TARGET_OUT_HEADERS)/fastcv


LOCAL_MODULE_OWNER := theta360
LOCAL_PROPRIETARY_MODULE := true

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)


include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_STATIC_JAVA_LIBRARIES :=
LOCAL_JNI_SHARED_LIBRARIES := libfastcvsimplesample
LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-java-files)
LOCAL_PACKAGE_NAME := pluginapplication

include $(BUILD_PACKAGE)

3. build.gradle(Module:app)の編集

  1. "Gradle Scripts > build.gradle(Module: app)" を開く

  2. "android > defaultConfig" に、以下のように "ndk" の値を追記する

    build.gradle
    android {
    ...
    defaultConfig {
        ...
        ndk {
            moduleName "libfastcvsimplesample"
            abiFilters 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'
        }
    }
}

  3. エディタウィンドウ上部に表示された "Sync Now" をクリック

4. ネイティブライブラリとGradleのリンク

  1. プロジェクトツリーで ”app” を右クリックし、 "Link C++ Project with Gradle" を選択
  2. 開いたウィンドウのBuild Systemに "ndk-build" 、Project Pathに "Android.mk" のパスを指定し、OKをクリック

    AS_ndkLink.png

5. ビルド

  1. メニューから "Build > Build APK(s)" をクリック
  2. ツールウィンドウの ”Build” より、ビルドが成功したことを確認する
    AS_build.png

FastCVアプリケーションの作成

実際にプロジェクト内でFastCV APIを使ってみます。

1. NDKソースファイルの追加

  1. ツールウィンドウバーから ”Project” を選択し、ビューを ”Project” モードにする
    AS_ProjectView.png

  2. プロジェクトツリーから”(project) > app > src > main > jni”をたどって右クリックし、”New > C/C++ Source File” をクリック

  3. 適当なC++ファイル名を入力し、OKをクリック

  4. 同様に、”New > C/C++ Header File” からヘッダーファイルを作成する

    "jni"下に作成したファイルが追加される

    AS_AddCFile.png

  5. ”Android.mk”を開き、LOCAL_SRC_FILESに追加した.cppファイル名を追記する

    Android.mk
    LOCAL_SRC_FILES := \
    FastCVSample.cpp

  6. エディタウィンドウ上部に表示された ”Sync Now” をクリック

2. 実装

Javaとネイティブ関数のやりとり

NDKについてはまだ勉強中なので詳細は触れませんが、Java ↔ ネイティブ(C++)のやり取りで用いる関数には、特殊なルールがあるようです。

戻り値や引数の型も特殊のものを使うようです5。
詳しくは、JNIの型とデータ構造等を参考にしてください。

ネイティブ側関数の命名規則6 
JNIEXPORT [戻り値の型] JNICALL Java_[最上位ソースディレクトリからのJavaソースの相対パス]_[呼び出し元のJavaのクラス名]_[関数名](JNIEnv *, jobject, [引数], ...))

// 例
JNIEXPORT jstring Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_getFastCVVersion(JNIEnv * env, jobject obj);
Javaからのネイティブ関数の呼び出し

以下を行う必要があるようです6

  • 起動時にSystem.loadLibrary("[.soファイル名]")を呼ぶ
  • nativeキーワードを付けて関数を宣言
MainActivity.java
// 例

static {
    // Load JNI Library
    Log.i(TAG, "Load JNI Library");
    System.loadLibrary("fastcvsimplesample");   // <--
}
...

private void foo(){

    // ネイティブ関数を呼ぶ
    String versionText = "FastCV Version: " + getFastCVVersion();   // <--
    Log.i(TAG, versionText);
    }
}
...

// ネイティブ関数の定義
public native String getFastCVVersion();    // <--

FastCVの基本API

基本APIはMiscellaneousモジュールに定義されています。
FastCVを使う際には、以下の初期化・終了処理APIを呼ぶ必要があります。

  • 初期化処理： fcvSetOperationMode( fcvOperationMode mode );
  • 終了処理 : fcvCleanUp( void );
  • バージョン取得: fcvGetVersion( char *version, unsigned int versionLength);
    • 引数に、バージョン情報を格納するためのポインタ、文字数を渡します。

3. コード記述例

ネイティブ ヘッダファイル
FastCVSample.h
#ifndef THETA_PLUGIN_FASTCV_SIMPLE_SAMPLE_FASTCVSAMPLE_H
#define THETA_PLUGIN_FASTCV_SIMPLE_SAMPLE_FASTCVSAMPLE_H

#include <jni.h>

// Declarations
extern "C" {
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_initFastCV
        (
                JNIEnv* env,
                jobject obj
        );
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_cleanupFastCV
        (
                JNIEnv * env,
                jobject obj
        );
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_getFastCVVersion
        (
                JNIEnv* env,
                jobject obj
        );
};

#endif //THETA_PLUGIN_FASTCV_SIMPLE_SAMPLE_FASTCVSAMPLE_H
ネイティブ C++ファイル
FastCVSample.cpp
#include <fastcv/fastcv.h>
#include "FastCVSample.h"

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_initFastCV
(
        JNIEnv* env,
        jobject obj
)
{
    fcvSetOperationMode( (fcvOperationMode) FASTCV_OP_PERFORMANCE );
    return;
}

JNIEXPORT void JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_cleanupFastCV
(
        JNIEnv * env,
        jobject obj
)
{
    fcvCleanUp();
}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_theta360_fastcvsimplesample_MainActivity_getFastCVVersion
        (
                JNIEnv * env,
                jobject obj
        )
{
    char sVersion[32];
    fcvGetVersion(sVersion, 32);

    return env->NewStringUTF(sVersion);
}
Javaファイル

RICOH THETA Plug-in SDKの "MainActivity.java" をベースに、[2. 実装]通りに実装していきます。
getFastCVVersion() は onKeyDown() 内で呼ぶようにしています。これにより、THETAのシャッターボタンを押したときにバージョンが表示されるようにしています。

MainActivity.java

(省略) 

public class MainActivity extends PluginActivity {
    private static final String TAG = "FastCVSimpleSample";

    static {
        // Load JNI Library
        Log.i(TAG, "Load JNI Library");
        System.loadLibrary("fastcvsimplesample");   // <--
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // Set enable to close by pluginlibrary, If you set false, please call close() after finishing your end processing.
        setAutoClose(true);

        // Set a callback when a button operation event is acquired.
        setKeyCallback(new KeyCallback() {
            @Override
            public void onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
                if (keyCode == KeyReceiver.KEYCODE_CAMERA) {

                    // ネイティブ関数を呼ぶ
                    String versionText = "FastCV Version: " + getFastCVVersion();   // <--
                    Log.i(TAG, versionText);
                }
            }

            @Override
            public void onKeyUp(int keyCode, KeyEvent event) {

            }

            @Override
            public void onKeyLongPress(int keyCode, KeyEvent event) {

            }
        });
    }

    @Override
    protected void onResume()
    {
        super.onResume();
        initFastCV();   // <--
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        cleanupFastCV();    // <--
        super.onPause();
    }

    // ネイティブ関数の定義
    public native void initFastCV();            // <--
    public native void cleanupFastCV();         // <--
    public native String getFastCVVersion();    // <--
}

4. ビルド・実行

  1. メニューから "Run > Run'app'" をクリックしてビルド・実行する
  2. "Select Deployment Target"ウィンドウが出たらTHETA Vを選択し、OKをクリック
  3. ツールウィンドウの ”Build” より、ビルドが成功したことを確認する

[3. コード記述例]の通りにコード記述すると、シャッターボタンを押したときにFastCVのバージョンがLogcatに表示される。
※ Log.i()で設定したTAG名でフィルタリングすると見やすい
logcat.png

おわりに

今回は出来上がるものが地味な割に、結構大変な作業だったかと思います…。
次回記事では、実際に画像処理をする手順をご紹介する予定です。
※本記事の続編は以下です↓
THETAプラグインで画像処理【FastCV画像処理編】

RICOH THETAプラグインパートナープログラムについて

RICOH THETAプラグインをご存じない方はこちらをご覧ください。
RICOH THETAプラグイン開発者コミュニティの以下の記事もぜひご覧ください。

興味を持たれた方はtwitterのフォローとTHETAプラグイン開発コミュニティ(slack)への参加もよろしくおねがいします｡

  1. Forums - fastcv license ↩

  2. Java VM の読み込み中にWindowsのエラー2が発生しました ↩

  3. FastCVをAndroid Studioでビルドする ↩

  4. Forums - FastCV in Android Studio ↩

  5. JNIの型とデータ構造 ↩

  6. Developers > NDK > サンプル > hello-jni ↩ ↩2

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